低速大转矩永磁直驱电机在索道上的应用( 二 )
4）可靠性高 ， 减少维护
由于省略了减速器 ， 繁琐的减速器维护工作不复存在 。 紧急驱动通常由辅电机直接啮合在大轮上 ， 确保在紧急情况下也能启动索道 。 同时 ， 作为动力源的直接驱动电机通常为永磁同步电机 ， 其维护工作量极低 。
5）运转平稳 ， 噪声低
采用直接驱动极大地降低了低速运行时的站内振动 ， 因此站房内更加安静 ， 与传统驱动模式相比 ， 站房内噪声可降低15 dB 以上 。 由于变频器功率降低 ， 电气柜所在的控制室也更加安静 。
3 索道直驱的可行性分析
在工业自动化领域 ， 经常存在需要低速大转矩电机作为动力源的场合 ， 如高性能数控机床、挤塑机等 。 客运索道作为一种特种设备 ， 依据《客运架空索道安全规范》 ， 其运载速度有严格要求 。 客运索道驱动、迂回站之间存在一定高差 ， 因此有空载、重上空下、重下空上、重上重下四种不同工况 。 索道的驱动系统必须满足不同工况下的速度及转矩要求 ， 这就要求索道用直驱电机及其驱动器既能提供足够的输出转矩 ， 又能在重下工况时将产生的负功率安全地返回电网 。 永磁同步电机在设计成多级结构时 ， 能够实现低转速与大转矩的动力输出 ， 这种类型电机在低速范围下具有很好的转矩输出特性 ， 因此从理论上讲 ， 低速大转矩永磁同步电机是索道实现直接驱动的首选核心部件 。 本文从永磁同步电机的结构出发 ， 分析其作为索道直驱动力源的可行性、安全性与实用性 。
索道用永磁同步电机的结构主要包括定子、转子、检测元件和冷却系统 。
3.1 定子
永磁同步电机的定子主要包括定子绕组和定子铁心两部分 。 定子绕组按照一定排列方式固定在定子槽中 ， 并将其从内部与电动机接线盒中的对应端子相连[5] 。 除导电材料外 ， 需要用各种绝缘材料将线圈之间及其与铁心之间隔离开 ， 同时起到初步固定线圈的作用 。 绕组中装有热传感器 ， 避免电机过热 ， 实物如图2 所示 。 该种类型电机定子块更换十分方便 ， 极大降低了电机的维护量 。 当其中某一个或几个定子块发生损坏时 ， 电机依然能够运行 ， 只是运行速度达不到设计要求 ， 但对于客运索道而言 ， 此时能够在低速状态下将线路游客安全地送回站内 ， 提供了除紧急驱动电机外的另一道安全屏障 。 目前 ， 还有一种串联磁路双定子永磁同步电机已经在索道上应用 ， 该种电机可以理解为两个电机的串联 ， 两个电机分别与各自的驱动器相连 ， 当其中一个电机发生损坏时 ， 另一个电机依然可以带动索道运行 。
本文插图
图2 永磁同步电机
（a）定子图 （b）定子块
3.2 转子
永磁同步电机的转子由永磁体、转子铁心、转轴和轴承等组成[5] 。 根据永磁体在转子铁心中的位置可以将转子分为表面式和内置式两种 ， 如图3 所示 。 根据磁路结构的不同 ， 表面式转子又分为突出式和插入式两种 。 内置式转子按永磁体磁化方向与旋转方向的相互关系 ， 可以分为径向式、切向式和混合式三种 。 转子由轴承支撑 ， 轴承的温度通过温度传感器进行监控 ， 轴承的维护工作量较低 。
本文插图
图3 永磁同步电机转子结构
1. 永磁体 2. 铁心 3. 转轴 4. 鼠笼条 5. 隔离磁桥
3.3 检测装置
为了提高永磁同步电机的运行稳定性 ， 通常需要采用位置传感器检测电机的转子位置用以对电动机进行高性能的控制 。 这里的位置传感器通常是旋转编码器 ， 从工作原理上可以分为磁性编码器与光学编码器 ， 根据旋转编码输出信号的不同又可以分为绝对值编码器和增量式编码器[5] 。
目前在永磁同步电机中应用较广的一种旋转编码器为旋转变压器 ， 这是一种基于磁性原理的编码器 ， 从本质上讲它是一种微电机 。 旋转变压器可以将机械转角转换成与其呈特定函数关系的电气变量输出 。 旋转变压器的输出绕组提供了经过转子位置调制后的两相高频交流电压信号 ， 通过解码电路获取转子的绝对位置信息 。 索道用直驱电机通常采用两套独立的编码器对转速和位置进行测算 ， 两套编码器分别将信号直接传递给索道的控制系统 ， 这体现了安全领域的冗余设计思想 。
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